(57)【要約】【課題】線状の材料の伸びを精度よく測定する。【解決手段】針金のような線状形状をした供試体Ｓの上下２箇所の所定位置には基準となる距離だけ離してそれぞれ標線部材１１が取り付けられている。この２つの標線部材１１含む領域および標線マークの移動量を加味した領域が撮影されるようにビデオカメラ１３が配置されている。ビデオカメラ１３が標線部材１１の円筒面に描かれた標線マーク１２を刻々と撮影し、供試体Ｓが矢印Ａ方向に引っ張られることに伴って上下の標線マーク１２が両方とも上方に動く移動量の差から供試体Ｓの伸び量を演算する。標線マーク１２は標線部材１１の円筒面に描かれているので、伸びに伴って標線マークが多少回転してもビデオカメラ１３との距離は変わらず、精度よく測定を継続できる。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
引張試験の際に供試体の伸びを計測する伸び計であって、供試体に取り付けられた標線部材に描かれている標線マークをビデオカメラにより撮像し、その撮像された標線マークの移動量から供試体の伸びを計測するビデオ式伸び計において、前記供試体は引張試験の負荷軸方向に長く配置された線状の材料であり、前記標線部材は表面の少なくとも一部が円筒形であって、その円筒形の表面に前記標線マークが描かれているとともに、前記円筒形の中心軸が前記供試体と一致して配置されていることを特徴とするビデオ式伸び計。
【請求項２】
請求項１に記載されたビデオ式伸び計において、前記標線部材は円筒をその中心軸を含む平面で切断した半円筒形状であり、前記平面の側にクリップ部材を備え、このクリップ部材により前記中心軸の位置であって前記標線マークの裏側の位置において前記供試体を挟むことで前記供試体に取り付けられることを特徴とするビデオ式伸び計。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたビデオ式伸び計において、前記標線マークは前記標線部材の円筒形の中心軸と直交する方向に並べられた複数個のひし形の形状であることを特徴とするビデオ式伸び計。
【請求項４】
請求項１から３に記載されたビデオ式伸び計において、前記標線部材はアルミニウムに黒色表面処理を施したものであり、前記標線マークはその黒色表面処理を取り除いて下側のアルミニウム地金を露出させて形成されたものであることを特徴とするビデオ式伸び計。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は供試体の材料としての特性を計測する材料試験機とともに使用され、供試体の伸びを計測するビデオ式伸び計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な材料試験機は供試体に対して引張や圧縮の負荷を与える負荷機構と供試体の変形量を測定する歪測定機構を備えている。金属板の引張試験を例にして概略を説明すると次のようになる。規定の大きさに成形された供試体はその両端が上下のチャックによって掴まれるように試験機に装着される。その２つのチャックのうち、下側のチャックは試験機のベースに固定され、上側のチャックは上下に移動可能なクロスヘッドに固定されている。クロスヘッドと上側チャックとの間にはロードセルが介装され上側チャックを通じて供試体に加えられる試験力が測定できるようになっている。試験が始まるとクロスヘッドは上方に駆動され両チャック間に装着された供試体に引張力が加えられる。その力は上述のロードセルによって測定され、供試体の伸び方向の歪量は別途供試体に装着される伸び計などによって測定される。これらの測定値から供試体の材料としての特性が計測され算出される。
【０００３】
供試体の伸びを計測する伸び計には様々な方式のものが実用化されている。一つは歪みゲージ式の伸び計である。これは歪みゲージを内蔵する伸び計を基準となる２点（上下の標線位置）で接触するように供試体に装着し、供試体の伸びに伴って歪みゲージの出力が変化することを計測して伸びを測定する。また、伸びが大きい供試体の場合にはエンコーダを用いた伸び計が用いられる。供試体の上下の標線位置にクリップでアームを取り付け、供試体が伸びるにしたがってアームの位置が移動していくので、この移動量を別途設けたエンコーダなどにより計測することで供試体の伸びを測定する。
【０００４】
さらに、ビデオ式伸び計といわれるものが実用化されている。供試体の基準となる上下２つの位置に標線マークが描かれた標線部材を取り付け、この標線マークを試験機の筐体などに別途固定したビデオカメラによって撮影する。供試体に試験力が負荷されて供試体が伸びていくとビデオカメラに写った標線マークは撮像された視野の中で移動していくが、この移動量をビデオカメラ像の画像処理によって求め、標線マークの移動量に換算して供試体の伸びを計測する。このビデオ式伸び計は供試体には小さな標線部材を取り付ければよいだけであって、供試体と非接触で測定できるので、さまざまな材料の試験に適しており応用範囲は広い。
【０００５】
ビデオ式伸び計の例は特許文献１に記載され、また、標線マークの例は特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２２１０２５号公報（図１）
【特許文献２】特開平１１−９４７１９号公報（図３）
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
試験対象の供試体が針金やワイヤのような線状の材料の場合、ビデオ式伸び計の使用にあたって次のような問題が発生する。線状の材料に引張試験力を加えると、材料の不均一性や最初から内在する材料のねじれの影響などにより供試体自体が動いて、供試体表面に貼り付けた標線部材が供試体を中心にして回転してしまうことがある。ビデオカメラはある固定された位置から標線マークをにらむように設定してあるので、標線部材が回転してしまうと正しく画像を得ることができなくなり測定不能の事態にも陥る。とくに特許文献１または２に記載されているような平面的な標線部材を使用した場合に、標線部材が回転するということは標線マークがビデオカメラに近づいたり遠ざかったりすることと同じ効果をもたらし、ビデオ式伸び計の原理上直ちに測定の誤差となるので、少しでも標線部材が回転することは好ましくない。
【０００７】
本考案はこのような課題に鑑みてなされたものであり、線状の材料の試験に適していて、かりに引張試験の最中に標線部材が回転してしまったとしても測定精度の低下をもたらさないビデオ式伸び計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案は、上記課題を解決するために、引張試験の際に供試体の伸びを計測する伸び計であって、供試体に取り付けられた標線部材に描かれている標線マークをビデオカメラにより撮像し、その撮像された標線マークの移動量から供試体の伸びを計測するビデオ式伸び計において、前記供試体は引張試験の負荷軸方向に長く配置された線状の材料であり、前記標線部材は表面の少なくとも一部が円筒形であって、その円筒形の表面に前記標線マークが描かれているとともに、前記円筒形の中心軸が前記供試体と一致して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
標線部材は円筒形の表面を持ち、その円筒形表面に標線マークが描かれている。この標線部材を円筒形の中心軸が線状の供試体と一致するように配置すれば、かりに試験力を加えた場合に供試体が回転し、それに伴って標線部材が回転したとしてもビデオカメラから見た標線マークまでの距離は不変である。したがって標線部材が回転したとしてもビデオカメラによる伸び測定に影響せず、よい測定精度を保つことができる。
【００１０】
前記標線部材は円筒をその中心軸を含む平面で切断した半円筒形状であり、前記平面の側にクリップ部材を備え、このクリップ部材により前記中心軸の位置であって前記標線マークの裏側の位置において前記供試体を挟むことで前記供試体に取り付けられるようにすることができる。標線マークを描くべき円筒形状は全周ではなく半分程度で十分である。また、クリップ部材により供試体の所定の位置に標線部材を取り付けるようにすることで、標線部材の取り付けと取り外しが容易である。
【００１１】
前記標線マークは前記標線部材の円筒形の中心軸と直交する方向に並べられた複数個のひし形の形状であることが望ましい。標線マークをこのような形状にすることによってビデオカメラ内の画素が飛び飛びである影響を少なくすることができ、精度の高い伸び計測が実現できる。
【００１２】
さらに、前記標線部材はアルミニウムに黒色表面処理を施したものであり、前記標線マークはその黒色表面処理を取り除いて下側のアルミニウム地金を露出させて形成されたものとして製作することができる。アルミニウムは軽量であるので好ましく、また黒色アルマイトなどの黒色にする表面処理も容易である。そしてこの表面の黒色部を取り除くことで標線マークを描くようにすれば、地金のアルミニウム色と黒色とのコントラストがあざやかについてビデオカメラによる撮像に好ましい状態となる。
【考案の効果】
【００１３】
本考案のビデオ式伸び計は、線状の供試体の伸び測定に適しており、かりに測定の最中に供試体が回転したとしても供試体に取り付けた標線マークとビデオカメラとの距離が変わらないので精度よく伸び計測を行うことができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
本考案の伸び計および供試体に伸び試験力を与える材料試験機を図１に示す概略構成図によって説明する。試験機本体１はベース２の上にネジ棹３が左右に立設され（図ではネジ棹はカバーの中に隠れている）、その上部がヨーク４によって固定されている。ネジ棹３はベース２およびヨーク４に対して回転可能に固定されており、このネジ棹３にナットを介してクロスヘッド５が取り付けられている。ネジ棹３をベース２に内蔵したモータ（図示していない）によって回転すると、クロスヘッド５は上下方向に駆動される。
【００１５】
クロスヘッド５の中央部には供試体に与えられる試験力を計測するロードセル６が固定されている。このロードセル６を介して供試体を掴むための上チャック８が固定され、ベース２の上面には上チャック８と対向するように下チャック９が配置されている。材料試験される供試体Ｓは上チャック８と下チャック９の間に装着され、ネジ棹３の回転に伴ってクロスヘッド５が上方に移動することで引張力が供試体に与えられる。
【００１６】
供試体Ｓの２箇所の所定位置には標線マークが描かれた標線部材１１が取り付けられ、それらを撮影するためのビデオカメラ１３が試験機本体１に連結されたフレームに固定されている。このビデオカメラ１３および標線部材１１、さらにはビデオカメラ１３を制御する制御装置や得られたビデオ画像から伸びなどを演算するソフトウェアなどによりビデオ式伸び計１０が構成されている。上述のロードセル６により計測された試験力と、ビデオ式伸び計１０により計測された供試体の伸びに基づいて、供試体Ｓの材料としての特性が測定され演算される。
【００１７】
材料試験機およびビデオ式伸び計としては図１に示された試験機本体１やビデオカメラ１３等の他に機械系を駆動するための制御装置や、操作のための入力装置、ビデオカメラ１３によって撮像された映像から伸びを演算する演算装置、試験結果を表示するための出力装置などが備わっている。それらは図１では図示を省略している。
【００１８】
図２にビデオ式伸び計１０の主要構成を概略図として示す。針金のような線状形状をした供試体Ｓの上下２箇所の所定位置には基準となる距離だけ離してそれぞれ標線部材１１が取り付けられている。この２つの標線部材１１含む領域および標線マークの移動量を加味した領域が撮影されるようにビデオカメラ１３が配置されている。ビデオカメラ１３が標線部材１１の円筒面に描かれた標線マーク１２を刻々と撮影し、その撮影データから画像処理することで制御装置は供試体Ｓが矢印Ａ方向に引っ張られることに伴って上下の標線マーク１２が両方とも上方に移動する距離を計測する。そして上下標線マークの移動量の差から供試体Ｓの伸び量を演算する。
【００１９】
供試体Ｓに引張試験力が加えられるにしたがって供試体Ｓが回転し、それに伴って標線部材１１も回転することがあるが、標線マーク１２は標線部材１１の円筒面に描かれているので標線部材１１の回転が測定誤差の原因となることはない。すなわち、線状の供試体Ｓは標線部材１１の円筒面の中心とほぼ一致して配置されているので、供試体Ｓの回転に伴って標線部材１１が多少の回転をしてもビデオカメラに対向する位置には新たな標線マークが現れるだけであってビデオカメラ１３と標線マークとの距離は変化しない。したがって標線部材１１の回転はビデオカメラ１３を用いた伸びの測定に影響しない。
【００２０】
図３に標線部材１１の一例を示す。図２に描かれた標線部材１１も図３に示すものと同じである。図３（ａ）は標線部材１１を上から見た図、（ｂ）は正面から見た図、（ｃ）は裏側から見た図である。標線部材１１は円筒の中心軸を含む平面で切断した半円筒形をした半円筒部材２１と供試体を挟むためのクリップ部材２２を組み合わせて構成されている。半円筒部材２１の円筒面には円筒の中心軸と直交する方向に複数のひし形の模様が描かれており、この１列のひし形列が標線マーク１２となる。ここでは黒色に表面処理したアルミニウム材料の表面を削ってひし形をしたアルミニウム色の地金部分を出している。
【００２１】
クリップ部材２２はヘアピンのような形状のバネであり、２本の棒状の直線部分が互いに近づくように付勢されている。この直線部分が半円筒部材２１の中心軸と直交するように配置され、片方の棒状部分が半円筒部材２１の平面部分に固着されている。長手方向（上下方向）の位置としては標線マーク１２の描かれた位置とちょうど同じ位置に固着されている。この固着には溶接や接着剤による接着などが利用できる。標線部材１１を供試体Ｓに装着する際には、２本の直線部分を手で押し広げるようにしてその間に供試体Ｓを入れたのち手を放せば、クリップ部材２２のバネの付勢力によって標線部材１１が供試体Ｓに取り付けられることとなる。
【００２２】
図３（ｃ）に示すように、半円筒部材２１の平面部分の中心には円筒の中心を示す中心線２３が描かれている。標線部材１１を供試体Ｓに装着する場合に、中心線２３と一致するように供試体Ｓをクリップ部材２２によって挟むようにすれば円筒の中心に供試体Ｓが配置されることとなる。
【００２３】
半円筒部材２１に描かれる標線マーク１２の上下方向の位置は、半円筒部材２１の長さのほぼ中央とすればよいが、中央よりややずらして描くことも有効である。図３（ｂ）に示すように、上側の距離をａ、下側の距離をｂとすると、ａ＝ｂとしてもよいが、ａ＜ｂとすれば供試体Ｓに標線部材１１を装着した場合に、重力により半円筒部材の中心軸が鉛直方向とそろいやすくなるのでバランスがよくなる。
【００２４】
図４に標線部材の他の例を示す。図４（ａ）は標線部材１１を上から見た図、（ｂ）は正面から見た図、（ｃ）は裏面から見た図である。この例は円筒形状の円筒部材３１の軸方向に供試体Ｓを入れることのできる溝３３が貫通して設けられており、左右から供試体Ｓを挟むための押しネジ３２が設けられている。標線マーク１２と押しネジ３２の上下方向の位置は一致するように設けられている。この押しネジ３２は円筒部材３１の中心軸に向かって設けられているのでこの押しネジ３２で供試体Ｓを固定した場合には、供試体Ｓは円筒部材３１の中心軸と一致した位置に固定されることとなる。
【００２５】
標線部材１１の円筒部分の材質は比較的軽いものであればとくに限定はされないが、プラスチックやアルミニウムとすることができる。
【００２６】
標線マークの色はさまざまな種類が採用できる。代表的なものとしては、背景色が黒色であって標線マークを白色とすることができる。反対に背景色が明るい色で標線マークを暗い色とすることもできる。要するにビデオカメラで撮影した場合にコントラストが付く組み合わせであればよい。背景色としては塗料や表面処理などにより標線部材の表面を適当な色とする。標線マークは塗料やインクなどにより表面に描けばよい。また、円筒部分の材質がアルミニウムであれば、全体を黒色アルマイト処理した表面の一部を削り取って標線マークとすることができる。この場合、黒色の表面を削り取れば地金のアルミニウム色が出てくるのでマークそのものには特別に色をつける必要はない。
【００２７】
標線マーク色の形状もさまざまなものが採用できる。好ましくは、図３で説明したようなひし形形状を並べたものがビデオカメラの撮像素子の最小単位を補間できて測定精度の点で好ましいが、他の形状を採用することは可能である。また、上述の例ではビデオカメラは１台としたが、２台以上の複数のビデオカメラを用いて伸び計を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本考案のビデオ式伸び計および材料試験機の概略構成図である。
【図２】ビデオ式伸び計の主要構成を示す図である。
【図３】標線部材の一例を示す図である。
【図４】標線部材の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…試験機本体、２…ベース、３…ネジ棹、４…ヨーク、５…クロスヘッド、６…ロードセル、８…上チャック、９…下チャック、１０…ビデオ式伸び計、１１…標線部材、１２…標線マーク、１３…ビデオカメラ、２１…半円筒部材、２２…クリップ部材、２３…中心線、３１…円筒部材、３２…押しネジ、３３…溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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